高电压技术答案总复习资料1

1一、填空题（40%）1.电介质的极化有四种基本类型，其中在电场作用下所有电介质中都存在的极化类型是电电子子位位移移极极化化；由离子结合成的电介质在电场作用下还存在离子位位移移极极化化；只在极性电介质中存在的极化类型称为(偶极子)转转向向极极化化；由于两层（多层）电介质而在界面上堆积带电质点形成电矩的极化现象称为夹夹层层介介质质界界面面极极化化（（空空间间电电荷荷极极化化））。2.对于具有相同极间距（在相同电介质中）的①正极性针尖—平板电极系统、②负极性针尖—平板电极系统、③平板—平板电极系统而言，按工频击穿电压从高到低的顺序排列为：③②①。极性效应(1).正棒---负板,分析：a.由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离，使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故降低了击穿电压(2).负棒---正板,分析：a.捧附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起始电压较低。b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电压较高。结论：在相同间隙下正捧-----负板负捧-----正板电晕起始高低间隙击穿压低高3.气体中带电质点的产生方式有电电子子或或正正离离子子与与气气体体分分子子的的碰碰撞撞电电离离、各各种种光光辐辐射射（（光光电电离离））、和高高温温下下气气体体中中的的热热能能（（热热电电离离））。4.一般的，电介质极化分为以下四种基本类型：电电子子位位移移极极化化、离子位位移移极极化化、(偶极子)转转向向极极化化、夹夹层层介介质质界界面面极极化化（（空空间间电电荷荷极极化化））。其中(偶极子)转转向向极极化化、夹夹层层介介质质界界面面极极化化（（空空间间电电荷荷极极化化））伴随着能量的损耗。5.汤逊理论认为，碰撞游离和正正离离子子撞撞击击阴阴极极造造成成的的表表面面电电离离是形成自持放电的主要因素。6.雷电冲击50%击穿电压是指气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。多多次次施施加加电电压压（（波波形形11..22//5500ss））中中，，其其中中半半数数导导致致击击穿穿的的电电压压，，工工程程上上以以此此来来反反映映间间隙隙的的耐耐受受冲冲击击电电压压的的特特性性。。。277..绝缘电阻试验不能发现设备的下列绝缘缺陷绝绝缘缘中中的的局局部部缺缺陷陷（（如如非非贯贯穿穿性性的的局局部部损损伤伤、、含含有有气气泡泡、、分分层层脱脱开开等等））、绝绝缘缘的的老老化化。双双层层介介质质模模型型若若绝绝缘缘内内部部有有集集中中性性导导电电通通道道，，或或绝绝缘缘严严重重受受潮潮电电阻阻RR11、、RR22显显著著降降低低、、泄泄漏漏电电流流大大大大增增加加，，时时间间常常数数大大为为减减小小吸吸收收电电流流迅迅速速衰衰减减若若绝绝缘缘内内部部部部分分受受潮潮RR11与与RR22中中的的一一个个数数值值降降低低时时间间常常数数也也会会大大为为减减小小吸吸收收电电流流仍仍会会迅迅速速衰衰减减..测量绝缘电阻能有效发现下列缺陷(1)总体绝缘质量欠佳(2)绝缘受潮(3)两极间有贯穿性的导电通道(4)绝缘表面情况不良（比较有或无屏蔽极时所测得的值即可知二、问答题（40%）1.变压器油受潮及混入杂质时，油间隙的工频击穿电压降低很多，为什么？在工程上采取哪些提高击穿电压的措施？解:非非纯纯净净液液体体电电介介质质的的小小桥桥击击穿穿理理论论:纤维(杂质)电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥;水分及纤维(杂质)等的电导大，引起泄漏电流增大、发热增多，促使水分汽化、气泡扩大:液体电介质最后在气体通中发生击穿。变压器油受潮及混入杂质时，可以看成杂质与油间隙的串联，因为场强的分布与介质的介电常数成反比，气泡r=1，小于液体的r，承担比液体更高的场强，而气体耐电强度却低，因此，气泡先行电离，当电离的气泡在电场中堆积成气体通道，击穿在此通道内发生。工程上提提高高液液体体电电介介质质击击穿穿电电压压的的方方法法：：提提高高以以及及保保持持油油的的品品质质；；覆覆盖盖层层；；绝缘层;极间障。提提高高以以及及保保持持油油的的品品质质（（过过滤滤：：除除去去纤纤维维、、水水分分、、有有机机酸酸，，防防潮潮：：制制造造、、检检修修，，祛祛气气：：除除去去水水分分和和气气体体，，防防尘尘））；；覆覆盖盖层层（（材材料料：：11mmmm的的固固体体绝绝缘缘薄薄层层。。漆漆膜膜、、胶胶纸纸带带、、漆漆布布带带作作用用机机理理：：阻阻碍碍杂杂质质小小桥桥中中热热击击穿穿的的发发展展，，适用情况：油品质越差，电场越均匀，电压作用时间越长，则覆盖层的效果越显著）；；绝缘层（材料：厚可达几十毫米的固体绝缘层，作作用用机机理理：：覆覆在在曲曲率率半半径径较较小小的的电电极极上上，，降降低低这这部部分分空空间间的的场场强强，，且且固固体体绝绝缘缘层层的的耐耐电电强强度度也也较较高高，，不不易易造造成成局局部部放放电电，适适用用情情况况：：不不均均匀匀电电场场中中（（变变压压器器高高压压引引线线和和屏屏蔽环、充油套管的导电杆包有绝缘层）：极间障（材材料料：：厚厚度度为为22~~77mmmm的的固固体体绝绝缘缘板板，，纸纸板板、、胶胶纸纸、、胶胶布布层层压压板板，作作用用机机理理：：能能机机械械地地阻阻隔隔杂杂质质小小桥桥，，改改善善电电场场分分布布，适用情况：不均匀电场中效果显著，较均匀电场中也有效果）2.在过电压保护中对避雷器有哪些要求？这些要求是怎样反映到阀式避雷器的电气特性参数上来的？这些参数如何反映避雷器的性能优越？试全面比较阀式避雷器与氧化锌避雷器的性能。解：避雷器是限制过电压从而使与之相并联电气设备绝缘免受过电压作用的器件。3对避雷器的第一个要求是能将过电压限制到电气设备绝缘耐受的数值，这就要求避雷器的最大残压（残压为冲击电压作用下，流过避雷器的冲击电流在避雷器上的压降）应低于设备绝缘的冲击耐压值。对于阀式避雷器还需要保证避雷器的伏秒特性（取决于放电间隙）与被保护设备绝缘的伏秒特性有正确的配合，以免发生电气设备绝缘先于避雷器间隙放电前发生击穿。避雷器仅满足上述要求还是不够的，对避雷器的第二个要求是应在过电压作用结束后，能迅速截断随后发生的工频续流以不致于发生工频短路引起跳闸而影响正常供电。阀式避雷器与氧化锌避雷器利用阀片电阻在工频电压下电阻很大的非线性特性使工频续流能在第一次过零时就切断。对避雷器的第三个要求是避雷器（阀式和氧化锌）还应具有一定的通流以免发生热过度而造成瓷套爆裂。阀式避雷器与氧化锌避雷器的工作原理相同，且都能避免在被保护设备上产生截波，但由于两者采用的非线性阀片电阻材料不同，表征阀式避雷器与氧化锌避雷器的电气参数和性能有所不同。两种避雷器的电气参数有以下不同：1)阀式避雷器冲击放电电压和残压（一般两者数值相同）是衡量限制过电压能力的参数，其数值越低对被保护设备绝缘越有利。灭弧电压是保证避雷器可靠灭弧（即截断工频续流）的参数，避雷器安装点可能出现的最高工频电压应小于灭弧电压。工频放电电压是保证阀式避雷器不在内过电压下动作的参数。体现阀式避雷器保护性能与灭弧性能的综合参数是保护比（残压与灭弧电压之比）和切断比（工频放电电压与灭弧电压之比）。2)氧化锌避雷器残压（雷电冲击残压、操作冲击残压、陡坡冲击残压）是衡量氧化锌避雷器对不同冲击过电压限压能力的参数。持续运行电压和额定电压是保证氧化锌避雷器可靠运行所允许的最大工频持续电压和最高工频电压（非持续性）。1mA下直流和工频参考电压是反应氧化锌避雷器热稳定性及寿命的参数。荷电率（持续运行电压峰值与参考电压之比）是表征氧化锌阀片电阻在运行中承受电压负荷的指标。两种避雷器的性能有以下不同：1)保护性能。由于氧化锌避雷器的发片电阻非线性更好以及一般没有放电间隙，氧化锌避雷器抑制过电压的能力要比阀式避雷器好。2)适用范围。阀式避雷器阀片的通流容量较小。所以一般只适用于限制雷电过电压以及过电压能量较小的内部过电压（如切空载变压器过电压），而氧化锌避雷器不仅可限制雷电过电压，由于阀片通流容量大，所以也可以用以限制内部过电压（如切合空载线路过电压）；阀式避雷器动作后工频电弧的熄灭要依赖于工频续流的过零，但在直流系统中无这种过零，所以阀式避雷器就不能用于直流系统，氧化锌避雷器就不能用于直流系统，氧化锌避雷器工频续流的切断是依靠阀片电阻优良的非线性（在工频电压下电阻异常的大），所以可用于直流系统中。3)运行环境的影响作用。阀式避雷器有放电间隙，间隙放电电压的分散性使阀式避雷器性能易受温度、湿度、气压、污秽等环境条件的影响，而氧化锌避雷器由于无放电间隙，所以不会受到这些运行环境的影响。4)维护与监测：氧化锌避雷器维护简单，省去了放电间隙定期清理。氧化锌避雷器具有各种优点，但运行过程中由于没有放电间隙隔离工频工作电压而应注意发片电阻的老化问题，所以应定期检测氧化锌避雷器的工频泄漏电流，4尤其是工频泄漏电流中的阻性电流分量（其大小直接反映出阀片电阻的老化程度）3.变压器油中含有气泡时，因其r=1小于液体的r，使气泡中的电场较油中的大，而气泡的耐电强度（击穿电压）比油的耐电强度（击穿电压）小，故导致油间隙的击穿电压下降。4.请画出正弦交变电场作用下电介质的等效电路，为什么测量高压电气设备的绝缘电阻时，需要按标准规范的时间下录取，并同时记录温度？解：在正弦交变电场作用下，电介质的等效电路为Cg：代表介质的几何电容及无损极化过程，流过的电流ig；Cp--Rp：代表有损极化电流支路，流过电流ip；Rlk：代表电导电流支路，流过的电流为ilk。如绝缘良好，则Rlk和Rp的值都比较大，这就不仅使稳定的绝缘电阻值（就是Rlk的值）较高，而且要经过校长的时间才能达到此稳定值（因中间串联支路的时间常数较大)。如绝缘受潮，或存在穿透性的导电通道，则不仅最后稳定的绝缘电阻值Rlk很低，而且还会很快达到稳定值。因此，用绝缘电阻随时间变化的关系来反映绝缘的状况。在测量中通常用记录加压60s时的绝缘电阻与加压15s时的绝缘电阻。两者的比值称为吸收比。电介质绝缘的漏电导随温度上升而增大，近似于指数关系0titGGea=（G0温度为0℃的绝缘电导；Git为温度为t℃的漏电导；为温度系数），因此在测量漏电导（绝缘电阻）时应记录当时的温度。并并联联等等值值电电路路串串等等值值电电路路5四、计算题（20%）如图所示，Z=400，l=120m，=30kV/s。今有一无限幅值的斜角波ttu)(沿波阻抗为Z的导线向B点运动。若t=0时波到达A点，间隙JX在t=2.4s时动作，试求：1.JX的动作电压；2.B点的最大电压；3.导线上的电压波形。解：（1）JX的动作电压；架空线7681204100.4100.4310lsssctm--D===??´t=2.4s时，2.4302.472AqtsutkVma===?，2221uZZZZZb-==+，2.4(2)301.648AftsutkVmat==-D=?，4872120AJXukV=+=（2）B点的最大电压；当2.4St³,后，(2)(2)0Auttttaataat轾轾=+-D-+-D?犏犏臌臌，这就相当于线路上有3个波，1）原来的入射波；2)从B点来的反射波；3）2.4St³后，从A点向两侧的波(2)2()ttataatt轾-+-D=--D犏臌。在A点左侧，2()att--D到达的位置上，电压为零。在A右侧，2()att--D到达的位置上，电压为原来的入射波ta加与ta对应的反射波再加上2()att--D，它的波形很复杂，需要针对不同的位置和不同的时间处理。当2()att--D到达B点，又会产生反射波（2221uZZZZZb-==+），当反射波A点又会产生反射（010uZZb-==-+）（二次入射），注意到(2)ttaat轾-+-D犏臌的符号和电压反射系数的符号，B点电